(57)【要約】  鉄道交通制動エネルギーリサイクルシステムである。鉄道交通制動エネルギーリサイクルシステムは、制動モータ、燃料電池、電解槽、及び水素ガスタンクを含み、制動モータは、鉄道交通の制動エネルギーを電気エネルギーに変換するためものであり、出力端が電解槽の電力入力端に接続され、電解槽は、水素ガス送出端及び酸素ガス送出端を含み、水素ガス送出端が水素ガスタンクに接続され、水素ガスタンクが燃料電池に接続され、燃料電池に水素ガスを供給するためのものである。当該システムは、構造上、電解槽のみが追加され、既存の車載水素ガスタンクがそのまま水素の貯蔵に使用され、構造が簡単であり、車体の自重が低減され、エネルギー変換効率が高く、同時に水素ガスの補給が減少され、運転コストが低減される。また、電解により得られた水素ガスの純度が高いので、処理せずに燃料電池に直接供給して使用されることができる。ハイブリッド鉄道交通システムが更に提供される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制動モータ、燃料電池、電解槽、及び水素ガスタンクを含み、
前記制動モータは、鉄道交通の制動エネルギーを電気エネルギーに変換するためものであり、出力端が前記電解槽の電力入力端に接続され、
前記電解槽は、水素ガス送出端及び酸素ガス送出端を含み、前記水素ガス送出端が前記水素ガスタンクに接続され、
前記水素ガスタンクが前記燃料電池に接続され、前記燃料電池に水素ガスを供給するためのものであることを特徴とする、鉄道交通制動エネルギーリサイクルシステム。
【請求項２】
制御装置と、前記制動モータの出力端に接続されるエネルギー貯蔵装置とを更に含み、
前記制御装置は、電流を前記電解槽又は前記エネルギー貯蔵装置に出力するように、前記制動モータの電流出力を制御することを特徴とする、請求項１に記載の鉄道交通制動エネルギーリサイクルシステム。
【請求項３】
前記エネルギー貯蔵装置は、リチウム電池又はスーパーキャパシタであることを特徴とする、請求項２に記載の鉄道交通制動エネルギーリサイクルシステム。
【請求項４】
前記水素ガスタンクに水素ガス圧力センサが接続されることを特徴とする、請求項２に記載の鉄道交通制動エネルギーリサイクルシステム。
【請求項５】
前記制動モータの出力端は、整流モジュール及び電圧安定モジュールを介して前記電解槽に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の鉄道交通制動エネルギーリサイクルシステム。
【請求項６】
前記制動モータに接続される制動抵抗を更に含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の鉄道交通制動エネルギーリサイクルシステム。
【請求項７】
車両全体風供給システム、車両全体給電システム、及び請求項１から６のいずれか一項に記載の鉄道交通制動エネルギーリサイクルシステムを含み、
前記酸素ガス送出端が前記車両全体風供給システムに接続され、前記燃料電池が前記車両全体給電システムに接続されることを特徴とする、ハイブリッド鉄道交通。
【請求項８】
前記燃料電池と前記電解槽とを放熱するための放熱システムを更に含むことを特徴とする、請求項７に記載のハイブリッド鉄道交通。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道交通省エネルギー技術分野に関し、特に鉄道交通制動エネルギーリサイクルシステム及びハイブリッド鉄道交通に関する。
【０００２】
［関連出願］
本願は、２０１６年０８月２３日に提出された、発明名称が「鉄道交通制動エネルギーリサイクルシステム及びハイブリッド鉄道交通」である第２０１６１０７０８５３９１号中国特許出願を引用し、該特許出願は、その全体が本願において参照により援用されている。
【背景技術】
【０００３】
従来の伝統的な鉄道交通制動エネルギー回収技術は、エネルギー貯蔵型（バッテリーエネルギー貯蔵、フライホイールエネルギー貯蔵、及びコンデンサのエネルギー貯蔵）、インバータ型（インバータフィードバック及びインバータ負荷）、及び抵抗消費型の３種類に大別される。エネルギー貯蔵型回収装置は、通常に体積が大きく、ハイブリッド鉄道交通は、システム自体にバッテリー又は／及びコンデンサを備え、フライホイール以外のエネルギー貯蔵技術に比較的適する。しかし、回収過程中に追加されたＤＣ／ＤＣコンバータは、全体の回収効率を大幅に低下させる。純粋な燃料電池駆動による鉄道交通にとって、エネルギー貯蔵装置の追加により、車両自重が増加し、車内空間がよりコンパクトになり、車両全体システムの複雑さが増やすだけではなく、制動エネルギー回収効率も低下する。ハイブリッド鉄道交通ではパンタグラフ装置が廃止されたため、インバータフィードバック型は適用できず、インバータ負荷型は、比較的簡単であるが、列車の制動が断続的であるので、負荷用電力の安定性が保証できないため、ほとんど応用されない。抵抗消費型は、制御が簡単で、価格が低く、作業が安定するが、すべてのエネルギーが熱エネルギーとして消費され、熱汚染を引き起こすだけではなく空調システムの消費電力量も増加し、本質的に、制動エネルギーはリサイクルされず、エネルギーの総合利用効率は大幅に低下する。ハイブリッド鉄道交通は、動力装置として燃料電池を使用し、燃料として水素ガスを使用する。車両は、水素ガスを貯蔵するためのガスボンベを有しており、制動エネルギーで水を電解して生成された水素ガスの有利な貯蔵場所を提供する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする技術課題は、どのように鉄道交通の制動エネルギーのリサイクルを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記技術課題を解決するために、本発明は、鉄道交通制動エネルギーリサイクルシステムを提供し、当該鉄道交通制動エネルギーリサイクルシステムは、制動モータ、燃料電池、電解槽、及び水素ガスタンクを含み、前記制動モータは、鉄道交通の制動エネルギーを電気エネルギーに変換するためものであり、出力端が前記電解槽の電力入力端に接続され、前記電解槽は、水素ガス送出端及び酸素ガス送出端を含み、前記水素ガス送出端が前記水素ガスタンクに接続され、前記水素ガスタンクが前記燃料電池に接続され、前記燃料電池に水素ガスを供給するためのものである。
【０００６】
本発明によれば、制御装置と、前記制動モータの出力端に接続されるエネルギー貯蔵装置とを更に含み、前記制御装置は、電流を前記電解槽又は前記エネルギー貯蔵装置に出力するように、前記制動モータの電流出力を制御する。
【０００７】
本発明によれば、前記エネルギー貯蔵装置は、リチウム電池又はスーパーキャパシタである。
【０００８】
本発明によれば、前記水素ガスタンクに水素ガス圧力センサが接続される。
【０００９】
本発明によれば、前記制動モータの出力端は、整流モジュール及び電圧安定モジュールを介して前記電解槽に接続される。
【００１０】
本発明によれば、前記制動モータに接続される制動抵抗を更に含む。
【００１１】
本発明は、ハイブリッド鉄道交通を更に提供し、当該ハイブリッド鉄道交通は、車両全体風供給システム、車両全体給電システム、及び上記のような鉄道交通制動エネルギーリサイクルシステムを含み、前記酸素ガス送出端が前記車両全体風供給システムに接続され、前記燃料電池が前記車両全体給電システムに接続される。
【００１２】
本発明によれば、前記燃料電池と前記電解槽とを放熱するための放熱システムを更に含む。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の上記技術案は、従来技術と比べて次の利点を有する。本発明の実施例に係る鉄道交通制動エネルギーリサイクルシステムは、電解槽が設けられ、制動モータによって回収された制動エネルギーが電気エネルギーに変換されて水を電解することに用いられ、発生された水素ガスは、水素ガスタンクに送られ、燃料電池の水素ガス源として使用することができ、発生された酸素ガスは、車内に導入されて車内空気の酸素富化濃度を高め、車両全体の空気質を改善することができる。本発明の実施例に係る制動エネルギーリサイクルシステムは、ハイブリッド鉄道交通に応用される場合、ハイブリッド鉄道交通車両が水素ガスタンクを持つという特徴に基づいて、構造上、電解槽のみが追加され、既存の車載水素ガスタンクがそのまま水素の貯蔵に使用され、構造が簡単であり、車体の自重が低減され、エネルギー変換効率が高く、同時に水素ガスの補給が減少され、運転コストが低減される。また、電解により得られた水素ガスの純度が高いので、処理せずに燃料電池に直接供給して使用されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は本発明の実施例に係る鉄道交通制動エネルギーリサイクルシステムの構造模式図である。
【図２】図２は本発明の実施例に係るハイブリッド鉄道交通の構造模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施例の目的、技術案及び利点をより明確にするために、本発明の実施例における図面を参照しながら、本発明の実施例における技術的特徴を明確かつ完全に説明し、説明する実施例がすべての実施例ではなく、本発明の実施例の一部に過ぎないことは明らかである。本発明における実施例に基づいて、当業者が創造的な作業を行うことなく得るすべての他の実施例は、本発明の保護範囲に属する。
【００１６】
図１に示すように、本発明の実施例に係る鉄道交通制動エネルギーリサイクルシステムは、制動モータ１、燃料電池４、電解槽２、及び水素ガスタンク３を含み、制動モータ１は、鉄道交通の制動エネルギーを電気エネルギーに変換するためのものであり、制動モータ１の出力端が電解槽２の電力入力端に接続され、好ましくは、本実施例では、制動モータ１の出力端が整流モジュール７及び電圧安定モジュール８を介して電解槽２に接続される。電解槽２は、水素ガス送出端及び酸素ガス送出端を含み、酸素ガス送出端が電解槽２内で電解して得られた酸素ガスを送り出すためのものであり、水素ガス送出端が水素ガスタンク３に接続され、水素ガスタンク３は、燃料電池４に接続され、燃料電池４に水素ガスを供給するためのものである。電解槽２内の水は、車両内に貯蔵された水であってもよく、収集された、他の過程で生成された水であってもよい。本発明の実施例に係る鉄道交通制動エネルギーリサイクルシステムは、電解槽２が設けられ、制動モータ１によって回収された制動エネルギーが電気エネルギーに変換されて水を電解することに用いられ、発生された水素ガスは、水素ガスタンク３に送られ、燃料電池４の水素ガス源として使用することができ、発生された酸素ガスは、車内に導入されて車内空気の酸素富化濃度を高め、車両全体の空気質を改善することができる。本発明の実施例に係る制動エネルギーリサイクルシステムは、ハイブリッド鉄道交通に応用される場合、ハイブリッド鉄道交通車両が水素ガスタンク３を持つという特徴に基づいて、構造上、電解槽２のみが追加され、既存の車載水素ガスタンク３がそのまま水素の貯蔵に使用され、構造が簡単であり、車体の自重が低減され、エネルギー変換効率が高く、同時に水素ガスの補給が減少され、運転コストが低減される。また、電解により得られた水素ガスの純度が高いので、処理せずに燃料電池に直接供給して使用されることができる。
【００１７】
更に、本実施例では、鉄道交通制動エネルギーリサイクルシステムは、制御装置９と、制動モータ１の出力端に接続されるエネルギー貯蔵装置５とを更に含み、制御装置９は、電流を電解槽２又はエネルギー貯蔵装置５に出力するように、制動モータ１の電流出力を制御する。具体的には、本実施例におけるエネルギー貯蔵装置５がリチウム電池又はスーパーキャパシタ等の通常のエネルギー貯蔵機器であってもよく、ハイブリッド鉄道交通の実際の特徴に応じて選択することができ、本発明の実施例では、これが限定されない。制御装置９は、制動モータ１から出力された電気エネルギーが電解槽２の電解に使用されるか、エネルギー貯蔵装置５に貯蔵されるかを、必要に応じて選択することができる。
【００１８】
更に、本実施例では、水素ガスタンク３に水素ガス圧力センサ３１が接続される。水素ガス圧力センサ３１が水素ガスタンク３内の圧力が限定値を超えたことを検出すると、制動モータ１がエネルギー貯蔵装置５に接続するように制御され、水素ガス圧力センサ３１が水素ガスタンク３内の圧力が限定値を超えていないことを検出すると、制動モータ１が電解槽２に連通し、電解が行われ、生成された水素ガスが水素ガスタンク３により収集されるように制御される。本実施例では、水素ガスタンク３に水素ガス漏れセンサ３２が更に設けられる。水素ガス漏れセンサ３２は水素ガスタンク３に漏れがあるかどうかを検出するためのものである。
【００１９】
更に、本実施例では、鉄道交通制動エネルギーリサイクルシステムは、制動モータ１に接続される制動抵抗６を更に含む。制動抵抗６は、急制動過程における制動モータの再生電気エネルギーを熱エネルギーに直接変換する。こうして、再生電気エネルギーを電源ネットワークにフィードバックせず、電力網の電圧変動を生じないようにすることで、電源ネットワークの安定的な運転を確保する役割を果たす。
【００２０】
本発明の実施例は、ハイブリッド鉄道交通を更に提供し、図２に示すように、車両全体風供給システム１０、車両全体給電システム１１、及び上記の鉄道交通制動エネルギーリサイクルシステムを含み、酸素ガス送出端が車両全体風供給システム１０に接続され、燃料電池４が車両全体給電システム１１に接続される。酸素ガス送出端が車両全体風供給システム１０に接続されることにより、車両全体の空気における酸素富化濃度を高め、車両全体の空気質を改善することができる。更に、本実施例では、ハイブリッド鉄道交通は、燃料電池４と電解槽２とを放熱するための放熱システム１３を更に含む。燃料電池４及び電解槽２の正常動作を保証する。更に、本実施例における燃料電池４には、燃料電池４に酸素ガスを供給するための空気圧縮機１２が更に接続される。
【００２１】
ただし、上記実施例は本発明の技術的特徴を説明するためのものに過ぎず、本発明の技術的特徴を限定するためのものではない。前述の実施例を参照して本発明を詳細説明したが、当業者であれば、前述の各実施例に記載された技術的特徴を修正し、又はその一部の技術的特徴を等価的に置き換えることができ、これらの修正又は置き換えが、対応する技術的特徴の本質を本発明の各実施例の技術的特徴の趣旨及び範囲から逸脱させるものではないと理解できるはずである。
【符号の説明】
【００２２】
１  制動モータ
２  電解槽
３  水素ガスタンク
３１  水素ガス圧力センサ
３２  水素ガス漏れセンサ
４  燃料電池
５  エネルギー貯蔵装置
６  制動抵抗
７  整流モジュール
８  電圧安定モジュール
９  制御装置
１０  車両全体風供給システム
１１  車両全体給電システム
１２  空気圧縮機
１３  放熱システム
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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2019527012.tif 000006
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